井水溫度動態的復雜性及其機制問題討論

魚金子 車用太 何案華

1）中國地震局地質研究所，北京100029

2）中國地震局地殼應力研究所，北京100085

我國已建立由上百口觀測井組成的地熱動態觀測網，其中絕大多數井中觀測的是水溫動態，少數井中觀測地溫動態。水溫動態觀測，已取得了十分豐富的資料，其中被確認為有用的是地震前的異常信息、地震時的同震信息及地球固體潮信息。據粗略估計，我國現今地下流體觀測中，水溫的震前異常約占各測項異常總數的三分之一；2008年5月汶川8.0級地震時在全國69口井中記錄到水溫的同震階變信息；在全國32口井中記錄到水溫潮汐現象。

然而，不僅不同觀測井的震前異常，而且同震響應與潮汐響應的特征表現也有相當的差異性，其響應的形態、幅度與性質等特征不同，而且同一口井的不同深度段上觀測到的同震響應與潮汐響應的特征差異也十分明顯。例如，四川省西昌市太和鎮的川 03井中不同深度的水溫對同一個地震的同震響應與潮汐響應差異十分顯著，如表1所列；又如新疆溫泉井，在170 m以上深度觀測沒有潮汐顯示，但180～185 m深度上觀測則水溫潮汐效應十分明顯。

表1 川03井不同深度水溫觀測的同震與潮汐響應的差異性

對上述的復雜性研究結果表明,水溫觀測的井孔水文地質條件是影響井水溫度各類有效信息特征的重要因素,觀測井中觀測含水層的深度、厚度、導水性及其地下水的溫度，水溫傳感器相對于觀測含水層的放置位置及其上、下的水溫梯度特征等直接決定井水溫度的同震響應與潮汐響應的特征。

分析結果表明，水溫動態的形成機制中存在著水熱動力學與地熱動力學兩種不同的機制。水熱動力學機制指地殼動力作用下井—含水層間的水平水流與井筒內垂直水流運動帶來的熱引起水溫變化，這種機制是引起井水溫度潮汐效應與同震效應的最常見與最主要的機制。地熱動力學機制指井區的大地熱流值的變化與井筒外圍巖的熱傳導引起的井水溫度變化，前一種指強烈的地殼動力作用下，如強烈的地震波作用，改變井區大地熱流狀態引起的井水溫度變化，后一種指強烈的地殼動力作用導致井筒外地溫與井筒內水溫間產生溫差（熱平衡狀態遭到破壞）后，通過井筒內水與井筒外巖石之間熱傳導作用恢復熱平衡過程引起的井水溫度的變化，這種機制在水溫的同震階降后的水溫緩升或緩降的恢復過程中表現還是明顯的。還有一種機制是巖體力學機制，即巖體變形破壞與斷層活動產生的局部熱引起的井水溫度變化，部分學者試圖把地震前出現的水溫異常歸于這種機制，這種機制無疑是十分重要的，但至今尚未找到觀測或實驗的證據，有待進一步研究。

總之，水溫動態的復雜性與水溫動態形成的各種機制問題，是當前我國水溫觀測與研究面臨的重要科學問題，也是進一步提升水溫觀測在地震預測中效能的關鍵問題。